热力学分析方法简介

活塞直接与高温气体接触，瞬时温度可达2500K以上，产生18kW的动力。因此，受热严重，热传导系数为167W/m°C，散热条件差，所以活塞工作时温度很高，顶部高达600～700K，且温度分布很不均匀。根据这些条件对其进行热力学分析。

1.创建热载荷

（1）选择菜单栏中的【编辑（E）】→【Mechanica模型设置（M）】命令，系统弹出“Mechanica模型设置”对话框，在【模型类型】下拉列表框中选择“Thermal”选项，单击【确定】按钮，进入热力学分析平台。

（2）单击“Mechanica对象”工具栏上的【热载荷】工具按钮，或选择菜单栏中的【插入（I）】→【热载荷（H）】命令，系统弹出“热载荷”对话框，如图11.46所示。

（3）选择【参照】下拉列表框中的“Surfaces”选项，在3D模型中选择活塞上表面，如图11.47所示。

（4）选择【分布】下拉列表框中的“Total Load”选项，在【Value】文本框中键入18，选择其后下拉列表框中的“kW”选项。

（5）其他选项为系统默认值，单击【确定】按钮，完成热载荷的定义。

图11.46 “热载荷”对话框

图11.47 活塞上表面

2.设置边界条件

（1）单击“Mechanica对象”工具栏上的【规定温度】工具按钮，或选择菜单栏中的【插入（I）】→【规定温度（P）】命令，系统弹出“规定温度”对话框，如图11.48所示。

（2）选择【参照】下拉列表框中的“Surfaces”选项，在3D模型中选择活塞上表面，如图11.49所示。

图11.48 “规定温度”对话框

图11.49 选取的曲面

（3）选择【温度】选项组中【Value】文本框中键入2500，选择其后下拉列表框中的“F”单位选项。

（4）其他选项为系统默认值，单击【确定】按钮，完成规定温度边界条件的定义。

（5）单击“Mechanica对象”工具栏上的【对流条件】工具按钮，或选择菜单栏中的【插入（I）】→【对流条件（C）】命令，系统弹出“对流条件”对话框，如图11.50所示。

图11.50 “对流条件”对话框

（6）选择【参照】下拉列表框中的“Surfaces”选项，在3D模型中选择所有模型表面。

（7）选择【对流系数（h）】选项组中【Spatial Variation】下拉列表框中的“Uniform”选项，在【Value】文本框中键入167，选择其后下拉列表框中的“mW/（mm2℃）”选项。

（8）选择【体表温度（Tb）】选项组中【Spatial Variation】下拉列表框中的“Uniform”选项，在【Value】文本框中键入700，选择其后下拉列表框中的“F”选项。

（9）单击【确定】按钮，完成规定温度边界条件的创建。

3.稳态热分析

（1）选择菜单栏中的【分析（A）】→【Mechanica分析/研究（E）】命令，系统弹出“分析和设计研究”对话框。

（2）在“分析和设计研究对”话框中，选择菜单栏中的【文件（F）】→【新建稳态热分析】命令，系统弹出“稳态热分析定义”对话框。

（3）选中【约束】列表框中的“BndryCondSet2”约束集。

（4）选中【载荷】列表框中的“ThermLoadSet2”载荷集。

（5）单击【收敛性】选项卡，选中【方法】下拉列表框中的“单通道自适应”选项。（6）单击【输出】选项卡，勾选【计算】选项组中【热通量】复选框，在【出图】选项组中【绘制网格】微调框中键入8。

（7）其他选项为系统默认值，单击【确定】按钮，完成稳态热分析的创建，系返回“分析和设计研究”对话框。

（8）选中列表框中的稳态热分析，单击工具栏上的【开始】按钮，或选择菜单栏中的【运行（R）】→【开始】命令，系统弹出提示询问对话框，单击【是（Y）】按钮，系统就开始计算，大约几分钟以后，系统弹出“诊断”对话框，对话框中显示稳态热分析过程以及分析出现的问题。(www.xing528.com)

（9）在“分析和设计研究”对话框中，选中列表框中稳态热分析，单击工具栏上的【查看设计研究或有限元分析结果】工具按钮，系统弹出“结果窗口定义”对话框；

（10）选择【显示类型】下拉列表框中的“Fringe”选项。

（11）单击【量】选项卡，选择下拉列表框中的“Temperature”选项，选择其后下拉列表框中的“C”温度单位选项。

（12）单击【显示选项】选项卡，勾选【连续色调】、【显示载荷】复选框。

（13）其他选项为系统默认值，单击【确定并显示】按钮，效果如图11.51所示。

（14）选择菜单栏中的【编辑（E）】→【结果窗口（R）】命令，系统弹出“结果窗口定义”对话框。

（15）选择【显示类型】下拉列表框中的“Graph”选项，单击【量】选项卡，选择下拉列表框中的“Temp Gradient”选项，选择【分量】下拉列表框中的“Magnitude”选项。

（16）单击【图形位置】选项组中【选取】按钮，系统弹出“选取”对话框和模型阅览窗口，在窗口中选择活塞边线，如图11.52所示，单击“选取”对话框中的【确定】按钮，返回“结果窗口定义”对话框。

图11.51 温度条纹图

图11.52 选取的活塞边线

（17）其他选项为系统默认值，单击【确定并显示】按钮，结果窗口中显示温度线框图，如图11.53所示。

图11.53 温度曲线

（18）退出结果窗口，系返回“分析和设计研究”对话框，完成稳态热分析。

4.瞬态热分析

（1）在“分析和设计研究对”话框中，选择菜单栏中的【文件（F）】→【新建瞬态热分析】命令，系统弹出“瞬态热分析定义”对话框。

（2）选中【约束】列表框中的“BndryCondSet2”约束集。

（3）选中【载荷】列表框中的“ThermLoadSet2”载荷集。

（4）单击【温度】选项卡，选择【初始温度】选项组中【分布】下拉列表框中的“MecT”选项，选中【热分析】下拉列表框中的“Analysis4”选项，选中【载荷集】列表框中的“ThermLoadSet2”载荷集选项。

（5）单击【收敛性】选项卡，选中【方法】下拉列表框中“单通道自适应”选项。

（6）单击【输出】选项卡，勾选【计算】选项组中【热通量】复选框，在【出图】选项组中【绘制网格】微调框中键入8。

（7）其他选项为系统默认值，单击【确定】按钮，完成瞬态热分析的创建，系返回“分析和设计研究”对话框。

（8）选中列表框中的瞬态热分析，单击工具栏上的【开始】按钮，或选择菜单栏中的【运行（R）】→【开始】命令，系统弹出提示询问对话框，单击【是（Y）】按钮，系统开始计算，大约几分钟以后，系统弹出“诊断”对话框，对话框中显示瞬态热分析过程以及分析出现的问题。

（9）在“分析和设计研究”对话框中，选中列表框中瞬态热分析，单击工具栏上的【查看设计研究或有限元分析结果】工具按钮，系统弹出“结果窗口定义”对话框。

（10）选择【显示类型】下拉列表框中的“Graph”选项。

（11）单击【量】选项卡，选择下拉列表框中的“Neasure”选项，单击【选取测量】按钮，系统弹出“测量”对话框，在【预定义】列表框中选择“max_dyn_temperature”选项，单击【确定】按钮，返回“结果窗口定义”对话框。

（12）选中【图形位置】下拉列表框中的“Time”选项。

（13）其他选项为系统默认值，单击【确定并显示】按钮，效果如图11.54所示。

图11.54 温度曲线

（14）退出结果窗口，系返回“分析和设计研究”对话框，完成瞬态热分析。